單友磊,朱 紅,翟紅英

(1.江蘇省宿遷市地震服務(wù)中心,江蘇 宿遷 223800;2.江蘇省泗洪縣應急服務(wù)保障中心,江蘇 泗洪 223900)

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨,智慧平臺已廣泛應用于政府、金融、物流、制造等各個行業(yè),信息化建設(shè)成為“新基建”的重要組成部分。近年來,大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越多地被應用到地震臺站運維、數(shù)據(jù)處理以及分析預報等領(lǐng)域。許多地震臺站配置的監(jiān)控設(shè)備,對于保障臺站設(shè)施安全、提高觀測設(shè)備的正常運行率發(fā)揮應有的作用[1]。宿遷地震監(jiān)測臺網(wǎng)歷經(jīng)50多年發(fā)展,形成較完善的監(jiān)測體系,承擔著區(qū)域地殼形變、電磁、測震、流體等學科觀測儀器的日常運維、數(shù)據(jù)分析、預測預報等工作。在地震監(jiān)測臺站日常運維中,經(jīng)常出現(xiàn)無人值守臺發(fā)生故障后,技術(shù)人員無法根據(jù)臺站當前狀態(tài)判斷故障原因,因故障響應不及時,對臺站的實時運行率造成影響[2]。因此,無人值守臺站的運維管理成為防震減災工作的新課題,如何科學有效地管理全國大量無人值守臺站,提高運維效率,降低運維成本,提高觀測質(zhì)量,還尚在實踐中進行研究探索[3]。陳軍輝等利用部署在地震臺站的智能查障設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、門禁系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,系統(tǒng)實現(xiàn)臺站的遠程監(jiān)控,當臺站設(shè)備運行發(fā)生物理故障時,能夠快速、準確判斷故障位置,合理有效地調(diào)配運維資源,從而更快地處理故障設(shè)備,保障地震臺網(wǎng)的高運行率和數(shù)據(jù)準確率[4]。馬永研究全國地震信息服務(wù)系統(tǒng)在軟件平臺上提供數(shù)據(jù)交換、行業(yè)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)管理、搜索引擎、行業(yè)門戶等,為地震行業(yè)實現(xiàn)全面信息化和網(wǎng)絡(luò)化打下了基礎(chǔ)[5]?！笆濉睍r期,宿遷市科學規(guī)劃地震監(jiān)測臺網(wǎng),新建GNSS、地磁場、地球化學等測項,地震監(jiān)測能力大幅提升?，F(xiàn)轄有沭陽、泗陽、泗洪、蘇05井、國家地震烈度速報與預警工程基本站以及斷層氣觀測站共計20余個,各站點距市臺網(wǎng)中心20～100 km不等,大多數(shù)站點間距50 km以上,除宿遷地震監(jiān)測中心站有人值守外,其余均為無人值守臺站。宿遷市在“十五”以來建成地震信息節(jié)點網(wǎng)絡(luò)和運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),各臺站儀器及輔助觀測的數(shù)據(jù)均實現(xiàn)了實時傳輸?shù)绞信_網(wǎng)中心,工作人員可通過調(diào)取各臺站觀測數(shù)據(jù)來判斷儀器的運行狀態(tài),如發(fā)現(xiàn)異常,可及時派出技術(shù)人員或通知屬地現(xiàn)場核實,及時排除儀器故障。工作人員也可以利用專業(yè)軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理,為地震趨勢會商提供科學依據(jù)。筆者也嘗試在構(gòu)建地震監(jiān)測綜合管理與數(shù)字化服務(wù)的基礎(chǔ)上,利用現(xiàn)代信息技術(shù),以地震監(jiān)測為基礎(chǔ),提供聲、像、圖、文四位一體的數(shù)字化管理平臺,實現(xiàn)地震觀測儀器綜合監(jiān)控和系統(tǒng)模塊展示,提升臺站運維精細化和精準化水平。

1 設(shè)計構(gòu)思

設(shè)計、開發(fā)、建設(shè)一套無人值守臺站系統(tǒng)運維監(jiān)控平臺,以解決故障自動識別、自動報警、遠程修復等問題。監(jiān)控平臺需包括基礎(chǔ)信息庫、狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、故障偵聽和報警系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)等單元模塊,分別實現(xiàn)不同的功能。其中,以臺站為單位的信息數(shù)據(jù)庫是其他單元模塊的基礎(chǔ);狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)單元負責對轄區(qū)內(nèi)各臺站的狀態(tài)實時監(jiān)控;故障偵聽與報警系統(tǒng)單元采用輪詢的方式,對各無人臺站的設(shè)備進行自檢,自動識別故障,通過手機短信、微信等多種方式向值班人員報警[6];遠程單元可以對臺站的設(shè)備進行遠程重啟等簡單操作,減少對臺站看護人員的依賴,提高故障修復效率[7]。

系統(tǒng)建成后,可提供真實的可視化效果、靈動的視覺探索手段、交互式的即席分析體驗,能及時反映儀器設(shè)備、觀測數(shù)據(jù)狀態(tài),使地震觀測儀器設(shè)備監(jiān)控更簡單、智能,儀器運維和震情獲取更快捷,防震減災信息展示度更廣泛。同時,該系統(tǒng)綜合考慮維護及操作因素,為今后的發(fā)展、擴建、改造等留有擴充的余地(見圖1)。

圖1 宿遷市地震監(jiān)測管理平臺集成示意圖Fig.1 Integrated schematic diagram of Suqian Seismic Monitoring Management Platform

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 開發(fā)環(huán)境

地震監(jiān)測管理平臺基于Python、Java Script、C#、ASP.NET、Visual Basic、Vue六種編程語言和框架進行開發(fā)。其中,基于Python開發(fā)寬頻帶地震計零位實時監(jiān)控與發(fā)布軟件(SseiMonitor),實現(xiàn)寬頻帶地震計零位、GPS和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控;開發(fā)SIAM企業(yè)微信管理軟件(SIAM WechatMessage),實現(xiàn)文本和圖片消息以企業(yè)微信的方式推送;基于Java Script、ASP.NET和Vue框架開發(fā)地震觀測儀器可視化監(jiān)控平臺(Visual SIAM),實現(xiàn)監(jiān)控結(jié)果和地震監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)可視化展示;基于Visual Basic開發(fā)地震觀測儀器自動監(jiān)控軟件(SIAM)、地震觀測儀器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控軟件(SeisNetMonitor)、地震前兆儀器數(shù)據(jù)監(jiān)視軟件(QZDM)、前兆儀器數(shù)據(jù)自動備份與手動恢復軟件(QZIBR)、地震目錄自動處理軟件(EqDeal)和SIAM告警信息與時鐘服務(wù)軟件(SIAM Server)等。各軟件通過無縫銜接,實現(xiàn)地球物理類和測震類觀測儀器的定時自動監(jiān)控,以地圖、柱狀圖、折線圖和餅圖等圖表形式實現(xiàn)前端可視化展示。按照中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)程JSGC-02-02要求,基于C#進行模塊化設(shè)計,主要包括設(shè)置參數(shù)模塊(臺站名稱、儀器名稱、儀器ip地址、儀器ID號、用戶名、密碼、端口號、是否監(jiān)控)、網(wǎng)絡(luò)中斷判斷模塊、缺測判斷模塊、報警模塊(顏色報警、語音報警)、監(jiān)控結(jié)果保存和查詢模塊[8]。

2.2 運行環(huán)境

(1) 硬件環(huán)境。

內(nèi)存:4 G或以上;CPU:3.10 GHz或以上;顯卡:512 MB顯存或以上;監(jiān)視器:建議使用1 680×1 050分辨率。

(2) 軟件環(huán)境。

建議使用Windows7 32位操作系統(tǒng)。測試通過的操作系統(tǒng)為Windows7 32 位、64 位和Windows10 64 位。

2.3 總體架構(gòu)

地震監(jiān)測管理平臺總體架構(gòu)如圖2所示,包括軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)三部分,分為基礎(chǔ)層、接入層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應用層五個層次。信息集中管理和模塊化設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。模塊化設(shè)計把各個功能獨立起來,互不影響,發(fā)揮各自的功能特點[9]。

圖2 地震監(jiān)測管理平臺總體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture of the Seismic Monitoring Management Platform

地震監(jiān)測管理平臺以統(tǒng)一、完整的系統(tǒng)層次架構(gòu),與現(xiàn)有基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境完整地組合在一起,形成數(shù)據(jù)互通、服務(wù)互調(diào)、業(yè)務(wù)協(xié)同的整體系統(tǒng)。基礎(chǔ)層提供最基本的系統(tǒng)運行環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)匯集存儲,包括服務(wù)器(操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應用軟件等)、顯示設(shè)備、地震行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)、公眾網(wǎng)絡(luò)等;接入層提供地震觀測儀器、通訊設(shè)備、動力環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)通信等資源的接入;數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)的各類應用服務(wù)提供核心驅(qū)動和支撐,包括地震儀器觀測數(shù)據(jù)、監(jiān)控結(jié)果數(shù)據(jù)、地震目錄數(shù)據(jù)、地震速報數(shù)據(jù)、維護管理數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)等;服務(wù)層建立一個基本服務(wù)的交互式支撐環(huán)境,為應用層提供所需的各種智慧服務(wù),如信息展示、數(shù)據(jù)處理、異常告警和遠程控制等;應用層為平臺展示提供信息化支撐,滿足展示與交互需要,支撐各個應用板塊的業(yè)務(wù)開展,主要包括大屏交互展示(展示終端分別布設(shè)在市地震臺網(wǎng)中心和宿遷地震監(jiān)測中心站監(jiān)測室)、平臺應用、移動端應用和媒體展示等。

地震監(jiān)測管理平臺包括應用軟件和硬件設(shè)備。其中,軟件功能滿足綜合應用的要求,并做到新功能擴展,支持在移動平臺上的交互式應用;硬件設(shè)備承載所有的軟件以及功能應用,包括監(jiān)控主機、輔助設(shè)備和配件等,可支持與大型交互界面和移動智能終端等設(shè)備的集成。通過將軟件、硬件與通信技術(shù)組合,完成地震信息處理和可視化展示業(yè)務(wù),實現(xiàn)平臺各部分間協(xié)調(diào)工作,發(fā)揮整體效益,達到整體優(yōu)化的目的。系統(tǒng)集成方案將對軟硬件的性能、可靠性、可用性、可維護性和安全性,以及與其他系統(tǒng)的匹配性、兼容性和對環(huán)境的影響進行量化評估。地震觀測數(shù)據(jù)和信息集成建立在硬件、軟件各自的集成之上,是系統(tǒng)集成的核心,主要解決合理規(guī)劃數(shù)據(jù)和信息、減少數(shù)據(jù)冗余、更有效地實現(xiàn)信息共享等問題,確保數(shù)據(jù)與信息安全保密。

2.4 系統(tǒng)功能模塊

地震監(jiān)測管理平臺考慮先進性、可靠性、經(jīng)濟性、可擴充性和易維護性等原則,建成一套技術(shù)先進、布局優(yōu)良、應用合理、界面友好、功能齊全和擴展性較好的大屏幕系統(tǒng),滿足大屏幕圖像和地震監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化顯示的需求,實現(xiàn)地震觀測儀器智能化監(jiān)控、綜合信息數(shù)據(jù)可視化、震情信息快速報送及防震減災業(yè)務(wù)展示等多種功能(見圖3)。

圖3 系統(tǒng)功能模塊樹狀圖Fig.3 Tree diagram of system functional modules

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

地震監(jiān)測管理平臺采用先進的GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、遠程視頻技術(shù)及三維虛擬技術(shù)等,實現(xiàn)遠程故障診斷、遠程故障自動處理和交互處理、故障報警和預警以及安防等。運維人員遠程瀏覽臺站的各種信息及監(jiān)測儀器的運行狀態(tài),通過報警提示快速發(fā)現(xiàn)問題,同時進行遠程處理,為地震監(jiān)測儀器的正常運行提供穩(wěn)定、可靠、方便、高效的技術(shù)保障[10]。地震監(jiān)測管理平臺的建設(shè),可實現(xiàn)與現(xiàn)有地震監(jiān)測系統(tǒng)無縫連接,構(gòu)建全面交互、實時管控、按需推送、可視化等特征的時空環(huán)境;適應地震監(jiān)測業(yè)務(wù)綜合管理的模式,滿足地震觀測儀器監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)管理、異常報警、地震監(jiān)測能力展示等需求。最終把該平臺集成為一個相互關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)的綜合系統(tǒng),實現(xiàn)地震監(jiān)測業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理、信息共享及聯(lián)動控制。

(1) 地震觀測儀器智慧監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)宿遷市應急管理局所轄地震臺站觀測儀器的工作狀態(tài)、在網(wǎng)運行狀態(tài)、遠程控制與可視化展示,觀測數(shù)據(jù)的變化監(jiān)控;實現(xiàn)工作環(huán)境異常、儀器工作異常、監(jiān)測數(shù)據(jù)異常的自動告警,異常消息通過微信、短信或電話等方式及時、準確推送給相關(guān)人員(見圖4)。該系統(tǒng)的功能包括:①臺網(wǎng)分布與監(jiān)控。展示站點分布、隸屬關(guān)系、運行儀器總數(shù)等,包括臺站總數(shù)、儀器總數(shù)、告警總數(shù)、監(jiān)控進度、異常告警時站點標識和站點狀態(tài)信息提示等。②學科展示。顯示臺網(wǎng)范圍內(nèi)各學科運行儀器總數(shù)與異常儀器總數(shù)。③地震活動。顯示設(shè)定時間段內(nèi)全球MS≥7地震的震中分布圖,江蘇省內(nèi)及鄰區(qū)中小地震震中分布圖,以及轄區(qū)內(nèi)發(fā)生的地震。④震情快報。接收測震臺網(wǎng)信息,對轄區(qū)內(nèi)及周邊100 km范圍內(nèi)所有地震、省內(nèi)2.0級以上地震、國內(nèi)5.0級以上地震、全球7.0級以上地震向設(shè)定人員發(fā)送信息,并電話提醒。⑤網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通率。顯示臺網(wǎng)范圍內(nèi)各臺站儀器的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通率(Nr),Nr=100%時標志點為綠色,99.9%≤Nr<100%時為黃色,Nr<99.9%時為紅色。⑥儀器時鐘差。顯示臺網(wǎng)范圍內(nèi)地震觀測儀器的時鐘差(Cp),Cp<60 s時標志點為綠色,60 s≤Cp<300 s時為黃色,Cp≥300 s時為紅色。⑦數(shù)據(jù)連續(xù)率。顯示臺網(wǎng)范圍內(nèi)地震觀測儀器的數(shù)據(jù)連續(xù)率(Dr),Dr=100%時標志點為綠色,Dr<100%時為紅色。⑧數(shù)據(jù)有效率。顯示臺網(wǎng)范圍內(nèi)地震觀測儀器的數(shù)據(jù)有效率(Er),Er=100%時標志點為綠色,Er<100%時為紅色。

圖4 地震監(jiān)測臺網(wǎng)觀測儀器智慧監(jiān)控系統(tǒng)Fig.4 Intelligent monitoring system for seismic monitoring network observation instruments

(2) 地震綜合信息大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。實現(xiàn)宿遷市應急管理局所轄宏觀站點、微觀站點等基本信息、綜合管理信息等的可視化展示(見圖5)。該系統(tǒng)的功能包括:①歷史地震分布。展示轄區(qū)內(nèi)歷史地震震中分布圖(分等級以不同顏色顯示)。②震源深度分布。以3D模型圖形式展示轄區(qū)內(nèi)歷史地震震源深度分布圖。③地震群測群防分布圖。展示轄區(qū)內(nèi)地震群測群防站點的分布及各點的測項、位置、觀測員聯(lián)系方式等信息。④運行環(huán)境。展示天氣信息及環(huán)境信息。⑤站點視頻監(jiān)控。展示視頻監(jiān)控信息,提供視頻監(jiān)控的接口。

圖5 地震監(jiān)測綜合信息大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)Fig.5 Big data visualization system for comprehensive seismic monitoring information

(3) 地震快報系統(tǒng)。接入宿遷市區(qū)域地震速報臺網(wǎng),監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài),將臺網(wǎng)地震速報信息分級管理、及時傳送,實現(xiàn)地震信息的速報告警、信息展示、圖文推送及電話通知等功能(見圖6)。該系統(tǒng)的功能包括:①地震速報信息處理。打開速報消息推送設(shè)置,發(fā)送測試消息或正式推送。②地震速報后臺管理。設(shè)置不同震級發(fā)送群組,全球M≥7.0、全國M≥5.0、江蘇及鄰區(qū)ML≥3.0、宿遷及鄰區(qū)ML≥2.0地震的快報。③短信平臺發(fā)送。通過系統(tǒng)內(nèi)設(shè)端口發(fā)送震情三要素信息。④微信圖文推送。通過移動端的企業(yè)微信接收地震速報相關(guān)消息。⑤震情信息告警。當“播放地震聲音”開關(guān)處于打開狀態(tài),地震時即可播放音樂。

圖6 地震快報系統(tǒng)Fig.6 Earthquake bulletin system

(4) 信息展示系統(tǒng)。對宿遷市地震監(jiān)測、震災防御、地震應急救援、科技創(chuàng)新、法制建設(shè)等主要成果及重要活動進行全方位展示(見圖7)。該系統(tǒng)的功能包括:①日常工作動態(tài)。展示地震部門日常工作動態(tài)信息并實時更新。②重點項目簡介。著重介紹已建成或在建地震學科相關(guān)重點項目,及其對地方社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的影響、對防震減災事業(yè)帶來的效益等。③防震減災科普宣傳。實時推送防震減災相關(guān)科普知識、動漫、卡通圖冊以及地震應急逃生技能等,重要地震紀念日實行滾動播放。④地震科研進展。著重介紹國內(nèi)外最新地震監(jiān)測預警、抗震設(shè)防、應急響應等研究成果。

圖7 信息展示系統(tǒng)Fig.7 Information display system

4 平臺運行情況

地震監(jiān)測管理平臺自2021年5月投入運行以來,已經(jīng)應用于宿遷市20個臺站、70套儀器的日常運維監(jiān)控,在地震信息節(jié)點分布處,工作人員均可通過局域網(wǎng)內(nèi)的臺式機、筆記本、平板電腦、手機等移動設(shè)備或觸屏展示終端進行可視化展示,對臺網(wǎng)信息流、控制流、狀態(tài)流實施遠程實時監(jiān)控,及時獲取地震觀測儀器運行狀態(tài)及故障、數(shù)據(jù)異常等情況推送的告警消息。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)一年多的運行結(jié)果表明,可發(fā)揮如下作用:提高地震監(jiān)測業(yè)務(wù)管理的信息化水平和效率,使地震信息公共服務(wù)能力和質(zhì)量有較大提升;利用數(shù)據(jù)可視化、云技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)建立的地震觀測儀器監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析平臺,可連接地震監(jiān)測業(yè)務(wù)各個單元,并以數(shù)據(jù)為載體,在感知、控制和管理地震監(jiān)測運維的各個環(huán)節(jié)發(fā)揮作用;提供及時的地震信息服務(wù),為政府應急決策、地震緊急處置提供必要的技術(shù)支撐;建成與地震監(jiān)測業(yè)務(wù)深度融合的一體化平臺,適應和促進業(yè)務(wù)需求的發(fā)展變化和業(yè)務(wù)流程的變革,推進地震監(jiān)測工作的專業(yè)化、規(guī)范化和現(xiàn)代化。該系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定性,設(shè)備未發(fā)生故障或損壞,運行狀態(tài)良好,可為無人值守臺站實時監(jiān)控和地震監(jiān)測臺網(wǎng)管理系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。